一种C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种C/SiC‑ZrC‑TiC‑Cu复合材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：提供C/SiC‑ZrC复合材料；(2)在C/SiC‑ZrC复合材料的孔隙中沉积C基体；采用TiCu合金对材料进行熔渗。该方法在C/SiC‑ZrC复合材料孔隙中预先沉积C基体，再通过毛细吸附引入TiCu合金，孔隙中的C基体基本连续分布，不仅保证了C与Ti的充分反应进而有效改善了Cu与基体SiC的润湿性，而且引入了新的超高温相TiC；利用C/SiC‑ZrC复合材料进行Ti‑Cu合金共渗，克服了C/SiC复合材料高温下抗氧化烧蚀性能差的缺点，显著提高了复合材料的抗烧蚀性能。

A C/SiC-ZrC-TiC-Cu Composite and Its Preparation Method

The invention relates to a C/SiC_ZrC_TiC_Cu composite material and a preparation method thereof. The preparation method includes the following steps: providing C/SiC_ZrC composite materials; (2) depositing C matrix in the pores of C/SiC_ZrC composite materials; and melting and infiltrating the materials with TiCu alloy. The method pre-deposits C matrix in the pore of C/SiC_ZrC composites, then introduces TiCu alloy through capillary adsorption. The C matrix in the pore is basically continuous distribution, which not only ensures the sufficient reaction between C and Ti, but also effectively improves the wettability of Cu and SiC matrix, and introduces a new super-high temperature phase TiC. Ti_Cu alloy co-permeation is carried out by C/SiC_ZrC composites, which overcomes the C/SiC composites. The anti-oxidation and ablation performance of the composites at high temperature is poor, which significantly improves the anti-ablation performance of the composites.

【技术实现步骤摘要】
一种C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料及其制备方法
本专利技术涉及耐高温复合材料
，尤其涉及一种C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料及其制备方法。
技术介绍
美国、法国、德国和日本等发达国家近三十年来开展了大量的C/SiC复合材料的制备技术和应用研究。我国自上世纪80年代以来在C/SiC复合材料的制备
也取得了长足的进步。以西北工业大学、中南大学、国防科技大学、中科院上海硅酸盐研究所和金属研究所等为代表的一些研究单位在制备C/SiC复合材料方面取得了重大技术突破，公开发表的材料性能已经接近或者超过国际水平。C/SiC复合材料具有优良的耐高温、抗氧化等综合性能，可以提高构件的高温稳定性和可靠性，并减轻结构重量。随着新型航天器的飞行速度越来越高，构件的使用温度越来越高，当使用温度达到1800℃及以上，在高热流和高压气体流动条件下，SiC基体难以承受如此恶劣条件，性能变差甚至发生消融，复合材料性能严重下降。因此对于再入前缘类构件，还需进一步提高热结构材料的使用温度。在SiC基体中引入超高温陶瓷组元是提高基体耐温性和抗氧化性能的有效途径。如ZrC、TiC改性C/SiC复合材料可以显著的提高了传统C/SiC复合材料的抗氧化耐烧蚀性能。另外，在C/SiC复合材料中引入低熔点、低沸点、高比热的金属相发汗剂，可以在保持C/SiC复合材料优良性能的同时，通过基体中金属相的高温气化发汗降低材料表面温度和烧蚀率。最常用的金属相发汗剂为Cu，但由于SiC与Cu之间的润湿性差，在SiC复合材料中引入金属相发汗剂Cu，通常采用压力铸造工艺，需要施加外界压力，因此其制备的复合材料容易在加压过程中被破坏，而且会残留部分气孔降低复合材料性能，制备材料的形状也会受到限制。申请公布号为CN103469122A的申请文件公开了一种采用Zr-Cu合金作为渗剂、C/C-SiC作为基体，通过金属熔渗反应制备而成的复合材料，该方法避免了加压过程。熔渗过程中由于Zr元素需要与复合材料中C反应来改善Cu的润湿性，但C/C-SiC基体中的C与SiC弥散分布，造成Zr与基体中的C源反应不充分，影响了Cu的润湿性。另外，Zr-Cu合金的熔点较高，熔渗反应的温度高达1800℃左右，对熔渗设备要求高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种有效改善冷却剂Cu与SiC复合材料润湿性的C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)提供C/SiC-ZrC复合材料；(2)在C/SiC-ZrC复合材料的孔隙中沉积C基体；(3)采用TiCu合金对步骤(2)制得的材料进行熔渗，得到C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料。优选地，在步骤(2)中，按照如下方法沉积C基体：采用碳前驱体浸渍液，对C/SiC-ZrC复合材料进行真空浸渍-压力固化-高温裂解，在C/SiC-ZrC复合材料的孔隙中沉积C基体。优选地，通过真空浸渍-压力固化-高温裂解工序使材料的增重率达到5～10％。优选地，在步骤(3)中，采用Ti重量百分比为5～15％的TiCu合金进行熔渗。优选地，进行熔渗时，以质量计，TiCu合金的使用量为步骤(2)制得的材料的3～10倍。优选地，按照如下方法进行熔渗：将步骤(2)制得的材料和TiCu合金放入反应装置中，抽真空加热至1000～1200℃保温20～40min，随后在1100～1300℃下保温100～150min。优选地，在步骤(1)中，提供密度为1.2～1.7g/cm3的C/SiC-ZrC复合材料。优选地，按照如下方法制备C/SiC-ZrC复合材料：(11)在碳纤维预制体中的碳纤维表面制备内层为热解碳和外层为SiC的双层复合界面层；(12)对碳纤维预制体进行高温处理；(13)采用锆硅陶瓷先驱体浸渍液，对步骤(12)处理后的碳纤维预制体进行真空浸渍-压力固化-高温裂解；(14)重复真空浸渍-压力固化-高温裂解工序，直至达到密度要求，得到C/SiC-ZrC复合材料。优选地，在步骤(11)中，采用碳纤维经编织或针刺法制得的纤维预制体作为碳纤维预制体；在步骤(11)中，采用化学气相渗透法制备所述双层复合界面层；在步骤(12)中，在1200～2000℃下进行高温处理，优选处理0.5～3小时；在步骤(13)中，在800～1200℃下进行高温裂解。本专利技术还提供了一种C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料，采用本专利技术提供的制备方法制得。有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：(1)本专利技术在低密度的C/SiC-ZrC复合材料孔隙中预先沉积一层C基体，再通过毛细吸附引入TiCu合金，孔隙中的C基体基本连续分布，不仅保证了C与Ti的充分反应进而有效改善了Cu与基体SiC的润湿性，而且引入了新的超高温相TiC；(2)本专利技术通过TiCu合金共渗，克服了冷却剂Cu与C/SiC复合材料润湿性差的缺点，改善了Cu在复合材料中的润湿性能；(3)本专利技术利用C/SiC-ZrC复合材料进行Ti-Cu合金共渗，克服了C/SiC复合材料高温下抗氧化烧蚀性能差的缺点，显著提高了复合材料的抗烧蚀性能。附图说明图1是本专利技术提供的制备方法的原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术在第一方面提供了一种C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)提供用于后续制备步骤的C/SiC-ZrC复合材料在该步骤中，C/SiC-ZrC复合材料可以采用现有方法进行制备，但优选的是需要保证C/SiC-ZrC复合材料的密度为1.2～1.7g/cm3，例如，可以为1.2g/cm3、1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3。C/SiC-ZrC复合材料作为后续渗Ti-Cu合金的骨架应具有一定的力学性能，同时也应具有一定的孔隙率，密度太大力学性能好但孔隙率小，密度太小孔隙率大但力学性能不足，本专利技术优选的具有1.2～1.7g/cm3这一密度的C/SiC-ZrC复合材料既能保证复合材料的力学性能又能兼顾复合材料的孔隙率，是一种适用于本专利技术制备方法的C/SiC-ZrC复合材料。本专利技术提供了一种制备C/SiC-ZrC复合材料的优选方法，该方法包括如下步骤：(11)在碳纤维预制体中的碳纤维表面制备内层为热解碳和外层为SiC的双层复合界面层。PyC(即热解碳)与SiC双层的复合界面层可以更好地起到阻氧防纤维损伤功能。界面层中的SiC层可以阻止氧向热解碳层及内部碳纤维的渗透从而实现界面层的防氧化功能，并且可以防止渗Ti-Cu合金时引入的活性元素Ti与PyC发生化学反应。另外，当裂纹扩展到复合界面层时，裂纹将会在各层之间进行转向传播，实现其增韧功能，从而提高复合材料的力学性能。在该步骤中，可以选用碳纤维经编织或针刺法制得的纤维预制体作为碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种C/SiC‑ZrC‑TiC‑Cu复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)提供C/SiC‑ZrC复合材料；(2)在C/SiC‑ZrC复合材料的孔隙中沉积C基体；(3)采用TiCu合金对步骤(2)制得的材料进行熔渗，得到C/SiC‑ZrC‑TiC‑Cu复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)提供C/SiC-ZrC复合材料；(2)在C/SiC-ZrC复合材料的孔隙中沉积C基体；(3)采用TiCu合金对步骤(2)制得的材料进行熔渗，得到C/SiC-ZrC-TiC-Cu复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，按照如下方法沉积C基体：采用碳前驱体浸渍液，对C/SiC-ZrC复合材料进行真空浸渍-压力固化-高温裂解，在C/SiC-ZrC复合材料的孔隙中沉积C基体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：通过真空浸渍-压力固化-高温裂解工序使材料的增重率达到5～10％。4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，采用Ti重量百分比为5～15％的TiCu合金进行熔渗。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：进行熔渗时，以质量计，TiCu合金的使用量为步骤(2)制得的材料的3～10倍。6.根据权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于：按照如下方法进行熔渗：将步骤(2)制得的材料和TiCu合金放入反应装置中，抽真空加热至1000～1200℃保温20～...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴雨辰，王鹏，于艺，霍鹏飞，金鑫，刘俊鹏，左红军，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11